[發明專利]具有超級結的屏蔽柵溝槽型功率器件及工藝方法

在審

• 申請號: 202111490774.3
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114242592A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 錢文生
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/06;H01L29/423;H01L29/78
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 焦健

本發明公開了一種具有超級結的屏蔽柵溝槽型功率器件，將超級結與屏蔽柵相結合，在襯底中包含有溝槽，溝槽中位于下半部分的屏蔽柵以及位于上半部分的柵極，襯底表層具有體區和所述功率器件的源區，在漂移區中具有超級結結構，所述超級結結構的P柱為懸浮狀態，其與溝槽之間錯開，以增大P柱與溝槽之間的漂移區寬度。通過屏蔽柵的RESURF效應和柱狀薄層的電荷耦合效應，降低柵漏電容Cgd，將器件的擊穿電壓BV最大化，并通過漂移區電阻率的降低來降低器件導通電阻。本發明還公開了具有超級結的屏蔽柵溝槽型功率器件的工藝方法，懸浮型的P柱采用多次的高能離子注入形成，P柱注入所用的掩膜版可與器件體區引出區的注入掩膜版共享，不需要制作額外的掩膜版。

技術領域

本發明涉及半導體器件設計及制造領域，具體是指一種具有超級結的屏蔽柵溝槽型功率器件。

本發明還涉及上述器件的制造工藝方法。

背景技術

超級結功率器件是一種發展迅速、應用廣泛的新型功率半導體器件。它是在雙擴散金屬氧化物半導體(DMOS)的基礎上，通過引入超級結(Super Junction)結構，除了具備DMOS輸入阻抗高、開關速度快、工作頻率高、熱穩定好、驅動電路簡單、易于集成等特點外，還克服了DMOS的導通電阻隨著擊穿電壓成2.5次方關系增加的缺點。目前超級結DMOS已廣泛應用于面向個人電腦、筆記本電腦、上網本、手機、照明(高壓氣體放電燈)產品以及電視機(液晶或等離子電視機)和游戲機等消費電子產品的電源或適配器。

超級結器件采用新的耐壓層結構，即利用一系列的交替排列的P型和N型半導體薄層來在截止狀態下、在較低電壓下就將由P型和N型半導體薄層(柱狀區域Pillar)組成的P型、N型區耗盡,實現電荷相互補償。超級結器件結合業內熟知的VDMOS工藝，就可以制作得到超級結結構的MOSFET，它能在反向擊穿電壓與傳統的VDMOS—致的情況下，通過使用低電阻率的外延層，使器件的導通電阻大幅降低。該薄層中P型雜質的載流子分布和N型雜質的載流子分布以及它們的匹配會影響器件的特性包括其反向擊穿電壓和電流處理能力。一般器件設計中都采用使交替的P/N薄層即P型薄層和N型薄層中達到最佳的電荷平衡以得到器件的最大的反向擊穿電壓。因此，超級結器件是一種利用PN電荷平衡的體內Resurf技術來提升器件反向擊穿電壓BV的同時又保持較小的導通電阻的MOSFET結構。Resurf原理是利用器件中電場分布的二維效應，當垂直方向的P襯底/N外延結附近電場尚未達到臨界電場時，由于其和橫向N外延/P阱結的作用，即利用橫向結和縱向結的相互作用使外延層在橫向結達到臨界雪崩擊穿電場之前就完全耗盡，通過合理優化器件參數讓器件的擊穿發生在縱向結，從而起到降低表面電場的作用。

屏蔽柵溝槽型功率器件是基于溝槽柵VDMOS演變的一種雙溝槽柵VDMOS器件結構，有左右柵結構，也有上下柵結構。上下柵結構中屏蔽柵位于溝槽柵的正下方。屏蔽柵功率器件的優點主要有兩點：一是減小柵漏寄生電容Cgd，另一個是利用屏蔽柵的場板效果改善漂移區電場，增加擊穿電壓。

由于工藝限制，柵溝槽的深度與漂移區厚度相比還是較小的，屏蔽柵的RESURF效應發揮的作用有限。只有超級結VDMOS才能根本提升器件特性。

屏蔽柵溝槽型功率器件既有較低的Cgd，又有較高的器件擊穿電壓和較低的器件導通電阻。但目前的問題是在器件尺寸較小的情況下，柵溝槽和超級結的P柱形成了狹窄的漂移區，容易由于JFET效應增加器件的導通電阻。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種具有超級結的屏蔽柵溝槽型功率器件，將超級結和屏蔽柵相結合，具有較低的柵漏電容、高的擊穿電壓以及較低的導通電阻。

本發明所要解決的另一技術問題在于提供所述具有超級結的屏蔽柵溝槽型功率器件的工藝方法。

為解決上述問題，本發明所述的具有超級結的屏蔽柵溝槽型功率器件的工藝方法，包含如下的工藝步驟：